JP2001342261A

JP2001342261A - 混練り方法

Info

Publication number: JP2001342261A
Application number: JP2000163856A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishikawa; 徹西川
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-11
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: JP4606549B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ベース練りだけで、そののち、仕上げ練り工
程に送る前に再練りをしなくても適度なムーニー粘度、
充填剤の分散度を有する練りゴムを提供する。【解決手段】密閉混練機にて、天然ゴムを２０重量％
以上含むゴム成分と充填剤、オイル、可塑剤、老化防止
剤などを混練する方法であって、カーボンブラックなど
の充填剤を分割して投入し、混練りを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、混練り方法、とり
わけ天然ゴムを含むゴム組成物の混練り方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ゴムを含む組成物の混練りでは、そ
のムーニー粘度を下げるため、素練りした天然ゴムを使
用していたが、ブロックタイプの天然ゴムを使用した
り、天然ゴムを事前に細かく破砕することにより、素練
り工程を除去することが可能となった。

【０００３】そして、これらの配合のベース練り工程で
は、工程の最初にポリマー（天然ゴム、合成ゴムなどの
ゴム成分）と同時にカーボンなどの充填剤、亜鉛華など
の薬品類を投入して混練りするか、ポリマーのみを投入
して素練りを行なってからカーボン、薬品類を投入して
混練りする方法などを行なってきた。

【０００４】しかしながら、天然ゴムを２０重量％以上
含むゴム成分１００重量部に対して、ハードカーボンを
３５重量部以上含む配合の場合、カーボンを初期に投入
しても、途中で投入しても、いずれも充分な剪段がポリ
マーにかからず、ムーニー粘度が低下しないという問題
がある。その結果、架橋剤などを投入して行なう仕上げ
練りの前に再練り工程を追加していた。

【０００５】また、天然ゴムを２０重量％以上含むゴム
成分１００重量部に、さらに、オイル、可塑剤、老化防
止剤、粘着剤（レジンなど）などのオイル類を５重量部
以上含む配合の場合、カーボンなどの充填剤が前記オイ
ル類と凝集塊を作るため、カーボンなどの充填剤の分散
がわるくなるという問題がある。その結果、仕上げ練り
の前に、再練り工程を追加していた。解決方法として、
混練りの途中で、ポリマー中にカーボンなどの充填剤が
分散したのちにオイル、可塑剤、老化防止剤などのオイ
ル類を投入することが考えられるが、オイル類はミキサ
ー中で混練りする際に溶けてオイル状になり、スリップ
の原因になるので、練り時間が長くなるという問題があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ベース練り
だけで、そののち、仕上げ練り工程に送る前に再練りを
しなくても適度なムーニー粘度、充填剤の分散度を有す
る練りゴムを提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、密閉混練機に
て、天然ゴムを２０重量％以上含むゴム成分と充填剤を
混練する方法であって、充填剤を分割して投入すること
を特徴とする混練り方法（請求項１）、充填剤の一部と
同時にオイル類を投入する請求項１記載の混練り方法
（請求項２）、オイル類の投入量が、ゴム成分１００重
量部に対して５重量部以上である請求項２記載の混練り
方法（請求項３）、１回目の充填剤の投入量が、総充填
剤投入量の３０重量％以上である請求項１、２または３
記載の混練り方法（請求項４）、充填剤が、ヨウ素吸着
量８０ｇ／ｋｇ以上、ＤＢＰ吸油量１００×１０^-5ｍ³
／ｋｇ以上のカーボンであり、投入量がゴム成分１００
重量部に対して３５重量部以上である請求項１、２、３
または４記載の混練り方法（請求項５）にかかわる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、ゴム成分と充填剤を混
練りする混練り方法にかかわる。

【０００９】本発明では、充填剤を分割して投入する。
ベース練り工程において、充填剤を１バッチ内で２回以
上に分割して投入することにより、ハードカーボンを使
用してその比率が高い配合においても、初期の充填率の
確保とスリップの防止によりせん断効率が向上し、ムー
ニー粘度の低下効果が大きく、従来必要とされた再練り
工程を行なわなくてもよいレベルまで低下させることが
可能となる。

【００１０】また、ゴム成分にカーボンブラックまたは
ホワイトカーボンなどの充填剤を１バッチ内で２回以上
に分割して投入することにより、初期に充填剤の分散を
向上させ、またオイル類を充填剤の一部と同時に投入す
ることにより、オイル、可塑剤、老化防止剤、粘着剤な
どのオイル類が通常より多く配合される場合において
も、オイル類によるスリップを防止することができる。

【００１１】混練りは、バンバリーミキサー、ニーダー
などの密閉式混練機を用いて行なう。

【００１２】本発明で用いられるゴム成分は、天然ゴム
を２０重量％以上含む。天然ゴムの配合量が２０重量％
未満の配合の場合、従来の混練り工程でもムーニー粘度
は比較的容易に低下させることができる。

【００１３】天然ゴム以外に用いられるゴム成分として
は、とくに制限はないが、たとえば、ブタジエンゴム、
スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴ
ム、アクリロニトリロブタジエンゴム、クロロプレンゴ
ム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン
−ジエンゴム、スチレン−イソプレンゴム、スチレン−
イソプレン−ブタジエンゴム、イソプレン−ブタジエン
ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、
エピクロルヒドリンゴム、多加硫ゴム、シリコーンゴ
ム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどがあげられる。これ
らは、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いて
もよい。

【００１４】充填剤としては、たとえば、カーボンブラ
ック、シリカ、クレー、アルミナ、タルク、炭酸カルシ
ウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化
マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化チタンなどがあ
げられ、これらは単独でまたは２種類以上を混合して用
いることができる。とくに、ヨウ素吸着量８０ｇ／ｋｇ
以上、ＤＢＰ吸油量１００×１０^-5ｍ³／ｋｇ以上のカ
ーボン（ハードカーボン）をゴム成分１００重量部に対
して３５重量部以上、とりわけ４０重量部以上使用する
とき、本発明の効果は大きい。カーボンは、粒子径、ス
トラクチャー（粒子同士のつながり）によって分類さ
れ、粒子径が小さいほど、また、ストラクチャーが大き
いほど硬いカーボン（ハードカーボン）になる。ハード
カーボンになるほど、配合上では耐磨耗性がよく、発熱
が大きくなり、加工性の面では逆に粘度が上がり、加工
性がわるくなる。一般にタイヤ用ゴム組成物では、トレ
ッドなどにはハードカーボン、インナーやサイドウォー
ルにはソフトカーボンを使用する。一般にタイヤ用では
Ｎ１１０、Ｎ２２０、Ｎ３３０、Ｎ５５０、Ｎ６６０な
どが使用されており、数字が小さいグレードほどハード
カーボンになる。

【００１５】充填剤は、ベース練りの工程で、２回以上
に分割して投入されるが、１回目の投入量は、総充填剤
量の３０重量％以上であることが好ましく、５０〜７０
重量％であることがより好ましい。１回目の投入量が３
０重量％未満では、初期の混練り（１回目の充填剤の混
練り）工程の段階で充填率が不足し、練り効率がわる
く、生産性が低下する傾向がある。また、７０重量％を
こえるとカーボンによるスリップで練り効率がわるく、
生産性が低下する傾向がある。

【００１６】本発明は、前記ゴム成分、充填剤のほか
に、オイル、可塑剤、老化防止剤、ワックス、粘着剤な
どのオイル類を用いることができる。オイル類は、ゴム
成分と混練りする際に溶けてオイル状になり、スリップ
の原因となる。

【００１７】前記オイルとしては、とくに制限はない
が、たとえば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン
系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイルなどがあげ
られる。

【００１８】前記老化防止剤、ワックスとしては、とく
に制限はないが、たとえば、ジフェニルアミン系、ｐ−
フェニレンジアミン系などのアミン誘導体、キノリン誘
導体、ハイドロキノン誘導体、モノフェノール類、ジフ
ェノール類、チオビスフェノール類、ヒンダードフェノ
ール類、亜リン酸エステルなどがあげられる。

【００１９】前記粘着剤としては、とくに制限はない
が、たとえば、クマロン樹脂、フェノール・ホルムアル
デヒド樹脂、テルペン・フェノール樹脂などがあげられ
る。

【００２０】オイル、可塑剤、老化防止剤、粘着剤、ワ
ックスなどのオイル類の合計配合量は、とくに制限はな
いが、ゴム成分１００重量部に対して、たとえば、タイ
ヤサイドウォール用ゴム組成物では、５重量部以上、と
りわけ１０〜２０重量部とすることができ、タイヤトレ
ッド用ゴム組成物では、３〜４重量％とすることができ
る。オイル類の配合がゴム成分１００重量部に対して５
重量部以上であるときに本発明の効果は大きい。

【００２１】

【実施例】以下に実施例にもとづいて本発明を詳細に説
明するが、本発明はこれらのみに制限されるものではな
い。

【００２２】実施例１および比較例１〜３（配合内容（仕上げ練り前の配合））配合量（重量部）天然ゴム８０ブタジエンゴム２０カーボン（Ｎ２２０）５０亜鉛華（酸化亜鉛）３ステアリン酸３老化防止剤（ｐ−フェニレンジアミン系）３素練り促進剤０．１

【００２３】（混練り方法）実施例１バンバリーミキサーに、天然ゴム、ブタジエンゴム、素
練り促進剤およびＮ２２０カーボンの５７％分を投入
し、フローティングウエイトを降下させ６０秒間混練り
したのち、フローティングウエイトを上昇させ残りのＮ
２２０カーボン、亜鉛華、ステアリン酸および老化防止
剤を投入した。こののち、再びフローティングウエイト
を降下させて９０秒間混練りしたのち、下部排出口より
排出した。

【００２４】比較例１バンバリーミキサーに、天然ゴムと素練り促進剤を投入
し、フローティングウエイトを降下させて１２０秒間混
練りしたのち、排出した（素練り）。

【００２５】素練りした天然ゴムとブタジエンゴム、カ
ーボン全量、亜鉛華、ステアリン酸および老化防止剤を
同時に投入しフローティングウエイトを降下させ１１０
秒間混練りしたのち、排出した（ベース練り）。

【００２６】比較例２バンバリーミキサーに全原料を１度に投入したのち、フ
ローティングウエイトを降下させて混練りした。

【００２７】比較例３バンバリミキサーに、天然ゴム、ブタジエンゴムおよび
素練り促進剤を投入し、１３０秒混練りしたのち、フロ
ーティングウエイトを上昇させ、カーボン全量およびそ
のほかの薬品を投入し、フローティングウエイトを降下
して混練りした。

【００２８】（試験方法）ムーニー粘度ベース練り後のムーニー粘度を、ＪＩＳＫ６３００に
定められたムーニー粘度の測定法にしたがい、１３０℃
で１分間予熱したあと４分間測定し、比較例１を１００
として指数化した。指数が小さいほど粘度が低く、良好
である。

【００２９】カーボン分散度ＡＳＴＭＤ２６６３Ｂ法によりベース練り後のカー
ボン分散度を測定し、比較例１を１００として指数化し
た。指数が大きいほど、分散度が高く、良好である。

【００３０】ＡＳＴＭＤ２６６３Ｂ法は、レイダグ
モール（Leigh Dugmoer）が確立した方法で、ダンロッ
プ法またはレイダグモール（Leigh Dugmore）法とも
よばれている。未加硫ゴムまたは加硫ゴムの試片（約３
ｍｍ巾×８ｍｍ長×２ｍｍ厚）を採り、ミクロトームの
試料台に貼りつけ、液体窒素またはドライアイスで冷却
し硬化させる。ガラスナイフを装着したミクロトームで
２μｍ前後の薄片を作製し、薄片をソルベントナフサに
浸漬し膨潤させる。膨潤後の薄片を顕微鏡のプレートガ
ラス上に広げ、接眼レンズに１０×１０μｍ、横目１０
０目（計１００００目）の格子状スケールを置き、全倍
率７５〜１００倍にして１目の１／２以上の未分散塊の
数を数える。分散度は次式より算出する。

【００３１】

【数１】

【００３２】分散度（％）＝１００−Ｓ・Ｕ／ＬＳ：カーボンブラック未分散塊の占める全格子数Ｕ：測定試料の膨潤ファクター（膨潤後の面積／膨潤前
の面積）Ｌ：コンパウンド中のカーボンブラック（ＣＢ）容積分
率（％）

【００３３】ＡＳＴＭＤ２６６３Ｂ法の利点は、ポリマ
ー種の影響が少なく、カーボンブラック未分散塊を直接
測定できる点にある。試料調製や測定に時間を要し、ゴ
ム混練工程の工程管理には適用し難い点もあるが、カー
ボンブラック分散度の定量法として最も評価されている
方法である。生産性仕上げ練り前までの練り時間の積算値を生産性として求
めた。比較例１では、素練りした天然ゴムの１バッチの
約５０％をベース練りで使用したので、素練り時間を６
０秒と計算し、練り時間は１７０秒とした。エネルギー（使用電力）仕上げ練り前までの電力値の積算値を使用電力として求
めた。

【００３４】（試験結果）試験結果を、表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】天然ゴムの素練りを行なった比較例１に対
し、素練りを行なわない比較例２は、ムーニー粘度が高
くなり、カーボン分散度が小さかった。

【００３７】ポリマーの素練りを行なった比較例３は、
生産性が低かった。

【００３８】カーボンを分割して投入した実施例１は、
素練りを行なわなかったが、素練りを行なった比較例１
と等しいムーニー粘度、カーボン分散性を維持したま
ま、生産性を高め、省電力化を図ることができた。

【００３９】（混練り電力チャート）実施例１および比
較例１〜３の混練りにおける電力値の経時変化を示す電
力チャートを、それぞれ図１および図２に示す。チャー
ト中の↑はカーボンを投入したタイミングを表わす。な
お、図２において、（ａ）は比較例１を、（ｂ）は比較
例２を、（ｃ）は比較例３を示す。

【００４０】比較例１では素練りした天然ゴムを使用し
たため、初期の混練り工程（Ａの部分）において同時に
投入したカーボン、薬品類は容易にポリマーに取り込ま
れ、混練りが進むにつれて分散され粘度が低下した（電
力値が下がってきた）。

【００４１】素練りを行なうことなく、ベース練り工程
の初期にカーボンを一度に投入した比較例２では、カー
ボンによるスリップが起こり、初期は練りの効率がわる
く、練り時間が長くなる原因となった。

【００４２】比較例３ではＡの部分でポリマーの素練り
を行なったため、そののち投入されるカーボン、薬品類
は分散されやすくなっていたが、初期充填率が低すぎる
ためＡの部分での練り効率がわるく、練り時間が長くな
る原因となった。

【００４３】実施例１ではＡの部分でも可塑化と共に混
練りによるムーニー粘度の低下が効率よく行なわれ、ま
た、そののち投入されるカーボン、薬品類の分散もよ
く、ムーニー粘度も低下することができた。

【００４４】実施例２および比較例４（配合内容（仕上げ練り前の配合））配合量（重量部）天然ゴム６０ブタジエンゴム４０カーボン（Ｎ３３０）５０オイル（アロマオイル）３亜鉛華（酸化亜鉛）３ステアリン酸３老化防止剤（ｐ−フェニレンジアミン系）５レジン（粘着剤）（エスコレッツ１１０２レジン）５

【００４５】（混練り方法）実施例２バンバリーミキサーに、天然ゴム、ブタジエンゴム、お
よびカーボンの９０％を投入し、フローティングウエイ
トを降下させ５０秒間混練りしたのち、フローティング
ウエイトを上昇してオイル、亜鉛華、ステアリン酸、老
化防止剤および残りのカーボンを投入し、降下させて混
練りしたのち、排出した。

【００４６】比較例４バンバリーミキサーに、天然ゴム、ブタジエンゴム、カ
ーボン全量を投入し、フローティングウエイトを降下さ
せ５０秒間混練りしたのち、フローティングウエイトを
上昇させ、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤
およびレジンを投入し、降下させて混練り、排出した。

【００４７】（試験方法）ムーニー粘度ベース練り後のムーニー粘度を測定し、比較例４を１０
０として指数化した。カーボン分散度ＡＳＴＭＤ２６６３Ｂ法によりベース練り後のカーボ
ン分散度を測定し、比較例４を１００として指数化し
た。生産性仕上げ練り前までの練り時間の積算値を生産性として求
めた。エネルギー（使用電力）仕上げ練り前までの電力値の積算値を使用電力として求
めた。

【００４８】（試験結果）試験結果を、表２に示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】カーボンを初期に１度に投入した比較例４
と比較して、オイルなどと同時に少量のカーボンを投入
した実施例２は、ムーニー粘度の低下および分散性を維
持しながら、生産性を向上し、省電力化を図ることがで
きた。

【００５１】（混練り電力チャート）実施例２および比
較例４の混練りチャートを、図３および図４に示す。チ
ャート中の↑はカーボンの投入タイミングを表わす。

【００５２】カーボンを初期に一度に投入する比較例４
では、オイル類の投入後スリップが発生し、再度トルク
がかかりだすまでの時間が工程のロスとなり（このあい
だ練りは進んでいない）、練り時間が長くなった。これ
に対し、実施例２においては、オイル類と同時に少量の
カーボンを投入したことにより、スリップの発生が抑え
られ、工程ロスが小さく、練り時間も短くなった。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、ゴム成分と充填剤との
混練りにおいて、ムーニー粘度を高めることなく、ま
た、充填剤の分散度を下げることなく、工程削減による
混練り時間の削減と、省電力化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の混練りにおける電力値の経時変化を
示す電力チャートである。

【図２】比較例１〜３の混練りにおける電力値の経時変
化を示す電力チャートである（（ａ）：比較例１、
（ｂ）：比較例２、（ｃ）：比較例３）。

【図３】実施例２の混練りにおける電力値の経時変化を
示す電力チャートである。

【図４】比較例４の混練りにおける電力値の経時変化を
示す電力チャートである。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 91/00 Ｃ０８Ｌ 91/00 // Ｂ２９Ｋ 7:00 Ｂ２９Ｋ 7:00 Ｆターム(参考） 4F070 AA05 AA06 AC04 AC40 AC94 AE01 AE02 AE03 FA01 FA03 FA17 FB05 FB06 FC03 4F201 AA46 AB18 AR20 BA01 BC01 BC12 BC33 BK01 BK14 BK75 BN45 BQ50 4J002 AC01W AC03X AC07X AC08X AC09X AE05Y BB15X BB18X BB27X BC05X BG10X CH04X DA036 DE076 DE136 DE146 DE236 DJ016 DJ036 DJ046 FD016

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉混練機にて、天然ゴムを２０重量％
以上含むゴム成分と充填剤を混練する方法であって、充
填剤を分割して投入することを特徴とする混練り方法。
【請求項２】充填剤の一部と同時にオイル類を投入す
る請求項１記載の混練り方法。
【請求項３】オイル類の投入量が、ゴム成分１００重
量部に対して５重量部以上である請求項２記載の混練り
方法。
【請求項４】１回目の充填剤の投入量が、総充填剤投
入量の３０重量％以上である請求項１、２または３記載
の混練り方法。
【請求項５】充填剤が、ヨウ素吸着量８０ｇ／ｋｇ以
上、ＤＢＰ吸油量１００×１０^-5ｍ³／ｋｇ以上のカー
ボンであり、投入量がゴム成分１００重量部に対して３
５重量部以上である請求項１、２、３または４記載の混
練り方法。